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甲烷与人类的生活密切相关，煤矿开采，天然气开采运输，大气环境中的温室气体排放等方面需要对不同浓度级别的甲烷气体进行检测。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的气体检测技术以其选择性好，灵敏度高，响应速度快，无需采样预处理等优势，在实时在线气体检测方面具有广泛的应用前景。本文研究的主要目的是利用分布反馈(DFB)量子阱半导体激光器为光源开发一种全量程的甲烷检测系统;同时通过改变光源本系统也可以用于其他痕量气体的检测，此系统可以作为痕量气体浓度检测的通用平台。 理论分析部分简要介绍了分子吸收光谱，气体吸收线的谱线线型、谱线线宽与谱线展宽等相关概念和理论，指出在常温常压下可以用洛伦兹线型来描述气体吸收光谱的轮廓。分析了波长调制二次谐波检测理论，给出了在洛伦兹线型下的二次谐波系数表达式，并指出可以用一次谐波或直流分量来标定气体浓度，消除光功率波动带来的影响。 锁相放大器是二次谐波气体检测系统中信号提取的关键。在介绍数字锁相放大器基本原理的基础上，利用FPGA和模数数模转换器件设计了数字锁相放大器的硬件电路，将数字锁相算法在FPGA中实现。利用抽样级联的方法解决了FIR数字低通滤波器对系统资源和实时性信号处理的限制。设计的基于FPGA的数字锁相放大器与斯坦福仪器的SR830数字锁相放大器进行了试验对比，取得了一致的效果。 根据国家863项目（2009AA03Z442）“基于量子阱激光器的气体检测系统关键技术研究”任务书的要求，设计了基于STM32单片机和FPGA的全量程激光甲烷检测系统。系统采用中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室研制的波长1.65μm的DFB激光器作为光源，选择了工作温度相差大约5℃的强弱两条吸收谱线来实现全量程的甲烷浓度测量。FPGA实现系统中正交矢量锁相放大器和激光器调制驱动信号的产生。STM32负责半导体激光器温度控制，浓度计算，通信接口等功能。采用电流差分探测技术消除低频分量以提高光电探测前端电路的信噪比。 论文最后对所做的工作进行了总结，指出了需要进一步解决的问题。